Солнечная энергия: как считать?

Прошло лето — самая активная пора для обладателей солнечных батарей и солнечных электростанций. И как при наличии любой, сколько-нибудь эксклюзивной вещи, хочется знать насколько эффективной оказалась эта система. Для этого надо научиться учитывать приход и расход энергии как от солнца, так и от электросетей.

На картинке выше продемонстрирована полноценная солнечная электростанция замкнутого цикла, когда прихода энергии ждать больше неоткуда. В моем же случае используется аналогичное оборудование, с той лишь разницей, что есть подключение к электросетям. Гибридный инвертор позволяет подмешивать энергию солнца к сетевой, тем самым снижая потребление от платной электросети, используя бесплатную солнечную энергию. Полный состав моей электросистемы ниже.

Железо для подсчета энергии

Погружаясь в тему подсчета накопленной энергии, я изучил массу материалов, где предлагались сторонние контроллеры, считающие поступающую к аккумуляторам энергию, напряжение аккумуляторов, токи ОТ или К инвертору, но недостатки таких методов налицо:
1. большое количество датчиков
2. погрешность измерения
3. непонятный результат при переходе на автономное энергообеспечение (авария на подстанции) и возврат к нормальной работе
Требовалось снимать данные непосредственно с центра коммутации энергии — инвертора, а еще лучше с инвертора и солнечного контроллера, ведь солнечный контроллер знает о количестве поступившей энергии от солнца, а инвертор знает вообще обо всей потраченной энергии, в том числе, сколько энергии пришло из сети, а сколько от солнца.
Оказалось, что подобная работа уже проделана и даже готова программная среда для подсчета энергии. Наткнулся я на довольно большую проделанную работу по данному адресу ^[13]. Система работает на базе Linux, поэтому можно приспособить практически любой старый компьютер или же приобрести под это дело Raspberry Pi, который взял за основу создатель системы. В этом случае все проблемы совместимости и программно-аппаратные проблемы пришлось бы отслеживать самостоятельно. Приятной новостью стало то, что компания «Микроарт», технику которой я у себя установил, поддержала этот проект и даже выпустила готовый комплект: Программно-аппаратный комплекс «Малина» ^[14]. То есть готовое устройство из коробки, которое достаточно подключить и пользоваться.

Сам комплект состоит из:
1. Raspberry Pi 2 Model B 1GB
2. Clear Case for Raspberry Pi Model B+ [512] RASPBERR (корпус)
3. ADAPTER USB2100 ROBITON (Зарядное устройство)
4. Кабель USB2.0 AM/microB 5P 1.0 метр (питание)
5. USB drive 16Gb (с предустановленным ПО)
6. Карта памяти TransFlash 16Gb MicroSDHC Class 10 (с предустановленным ПО)
7. Кабель интерфейсный USB 2.0 AM/BM (МАП)

Выглядит это следующим образом:

Что он умеет:
1. Считать приход энергии от солнца
2. Считать расход энергии от аккумуляторов
3. Считать количество солнечной энергии подмешанной к сетевой
4. Считать расход сетевой энергии
5. Считать количество энергии, потраченной от аккумуляторов
6. Вычислять реальную остаточную емкость аккумуляторов
7. Хранить все данные в БД и строить любые графики расхода энергии
8. Удаленно управлять электросистемой

На последнем пункте хочется остановиться подробнее.
Подключить «ПАК МАЛИНА» можно к сети как посредством обычного Ethernet шнурка, так и воткнув в соответствующий порт USB модем. В настройках есть необходимые пункты для активации модема и настройки SMS команд. Кроме того, что можно управлять внутренними процессам контроллера, можно управлять силовыми реле, установленными в солнечном контроллере, а значит и удаленно управлять устройствами в доме.
Кроме того, если были выбраны LiFePO4 аккумуляторы, то в комплекте с ними обязательно шел модуль BMS, призванный выравнивать напряжение на ячейках, чтобы аккумуляторы не разбалансировались. Наблюдать за состоянием ячеек и управлять этой системой можно также через графический интерфейс.

Построение графиков позволит выявить лишний расход энергии и распределить нагрузку по времени.

На графике отчетливо видно, что постоянное энергопотребление дома составляет не менее 300-400 Вт*ч. Если такой расход кажется неоправданно большим, то можно по сегментам вычислить ненужные потребители: это может быть аудио-видеотехника в режиме ожидания, работающая постоянно вытяжка или какой-нибудь насос.
К примеру, при помощи ваттметра, я выяснил, что проектор и акустическая система в режиме ожидания потребляют порядка 20 Вт постоянно, компьютер в режиме сна потребляет 17 Вт и так далее.

Если же перейти к графику выработки энергии от солнца, то очень хорошо видно, когда появилось солнце и снизилось потребление энергии от сети. Именно так работает гибридный инвертор: максимум мощности в сеть подается от солнца и только недостающая мощность добирается от общей электросети.

Общий интерфейс управления позволяет в реальном времени наблюдать состояние всех систем: потребление от сети, состояние аккумуляторов и выработку энергии от солнечных панелей иили ветроэлектростанции.

Проведя такой анализ, можно зачастую вдвое сократить энергопотребление, тем самым снизив счета за электроэнергию. Если же имеются установленные солнечные батареи, можно аналогично рассчитать время максимального прихода энергии от солнца и на это время назначать самые энергоемкие задачи, как то: стирка, глажка, работа электроинструментом, включение посудомоечной машины. Большинство приборов позволяют устанавливать таймеры работы, поэтому выгоднее устанавливать работу на время максимального солнца или ночью, если солнечных батарей нет и действует ночной держим.

Скриншоты интерфейса ПАК Малина

Послесловие

Управлять домашней энергосистемой так же просто, как управлять домашним роутером. Достаточно единожды внести настройки, установить пограничные значения, в случае наступления которых придет SMS уведомление и просто продолжать пользоваться электричеством. Анализ графиков энергопотребления позволит оптимизировать свои расходы и пользоваться энергией максимально комфортно. Солнечная энергетика становится не только доступнее, но и проще с каждым днем. Да прибудет с вами Солнце!

Автор: shuvaevgl

Источник ^[15]